トンネルダイォードの非平衡量子輸送モデルの構築と遮断周波数の理論解析

摘要

未開拓な周波数帯であるテラへルツ帯(100GHz～30THz)を利用した大容量無線通信の実現に向けて、室温でテラヘルツ動作可能な電子デバィスの1つである共鳴トンネルダイォード(RTD)が注目されている。しかし、RTDの超高周波動作特性制限要因などの理論的取り扱いは未開拓である。そこで本研究では、RTDの基本構造であるトンネルダイオードの超高周波動作特性解析のための非平衡量子輸送モデルの確立と定式化を行った。また、この解析手法を用いることでトンネルダイォードのコンダクタンスの遮断周波数が、エミッタ及びコレクタにおける非トンネル遷移の緩和時間、トンネル遷移の位相緩和時間、空乏層領域のバリスティックな走行時間によって決定されることを定量的に明らかにした。%A resonant tunneling diode (RTD) is one of electron devices which can operate at room temperature in the terahertz range. It would be used for a large-capacity wireless communication device in terahertz range. However, limited factor for ultimate high speed performances have not been theoretically clarified so far. We establish a model and theoretical formulation of nonlinear quantum transport in tunnel diode (TD) which is a basic structure of RTD to analyze the characteristics of dynamics in THz range. By using this method, we can discuss cut-off frequency of conductance in the TD in terms of non-tunneling relaxation time in an emitter and a collector, phase relaxation time in tunneling processes and a ballistic transit time in depletion layer.